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金屬材料應力腐蝕開裂需要哪些條件？

2017-05-04 10:48:39 作者：本網(wǎng)整理來源：金屬材料科學與技術(shù) 分享至：

應力腐蝕開裂是指由于殘余應力或外加應力引起的金屬的腐蝕和應變共同作用導致開裂的過程。

盡管近年來聚合物和復合材料的就用越來越多，但金屬仍然是重要的結(jié)構(gòu)材料，這主要歸因于它們的強度、剛度、韌性和耐高溫。

不幸的是，金屬會受到腐蝕的侵害（貴金屬除外，如黃金和鉑金，它們在常規(guī)條件下使用是相當罕見的）。腐蝕可以有多種形式，這里要談的是腐蝕和機械應力相互作用的開裂形式。這種類型的失效被稱為應力腐蝕開裂，通常縮寫為SCC。SCC可能在多種機制下發(fā)生，如果開裂是氫脆導致的，這個詞可以用來代替SCC。

然而，這種區(qū)別是相當武斷的，我們常常不確定SCC的機制，實際上許多氫導致的失效也通常會歸因于SCC。同樣，其他特定的應力腐蝕開裂過程已經(jīng)獲得了自己的名字；“季裂”是指黃銅在含有氨的環(huán)境開裂；“堿脆”是指鋼在強堿中開裂等。

季裂最早發(fā)現(xiàn)是黃銅彈殼的一種應力腐蝕開裂失效形式，這一現(xiàn)象來自在印度的英國軍隊。在雨季里，軍事活動會暫時性減少，彈藥被存放在馬廄里，直到干燥的天氣再取回。后來發(fā)現(xiàn)許多黃銅彈殼不明原因地發(fā)生了破裂。直到1921年，Moor, Beckinsale和Mallinson等人對這種現(xiàn)象進行了解釋：黃銅彈殼開裂的原因是馬尿中的氨與冷拔金屬彈殼中的殘余應力相結(jié)合，共同導致了黃銅彈殼的應力腐蝕開裂。

SCC是一種陰險的腐蝕形式，它會產(chǎn)生顯著的機械強度損失，但金屬損失很小。損壞不明顯以至于偶然檢查很難發(fā)現(xiàn)，應力腐蝕裂紋可以觸發(fā)機械快速斷裂甚至組件和結(jié)構(gòu)的災難性失效。一些重大的災害是應力腐蝕開裂造成的，包括高壓氣體輸送管道破裂、鍋爐爆炸以及電站和煉油廠的破壞事故。

幸運的是，SCC的發(fā)生取決于三個條件必須同時達成：

a）敏感材料。蒼蠅不叮無縫的雞蛋，要生發(fā)生應力腐蝕開裂，首先得是敏感性的材料。材料具有敏感性給我們的提示是，在一些可能發(fā)生應力腐蝕開裂的工況環(huán)境，選材要慎重。如304等奧氏體不銹鋼在含有氯的環(huán)境服役，應力腐蝕開裂是尤其應該注意的問題。奧氏體不銹鋼是面心立方金屬，面心立方金屬尤其容易發(fā)生應力腐蝕開裂，這是晶體結(jié)構(gòu)決定的。

b）容易引起應力腐蝕開裂的環(huán)境。即使材料敏感，沒有導致應力腐蝕開裂的介質(zhì)也是不會發(fā)生應力腐蝕開裂的，它好比硬幣的AB面。環(huán)境介質(zhì)也是應力腐蝕開裂的重要條件。

c）足夠的拉應力。通常認為靜態(tài)拉應力是導致應力腐蝕開裂的充分必要條件。有人會問，那要是交變載荷呢？小編認為可能要歸于腐蝕疲勞了。為什么說發(fā)生應力腐蝕開裂需要足夠的靜態(tài)拉應力呢？因為它需要滿足一個腐蝕狀態(tài)下的臨界應力強度因子。